Биполярдык эки өлчөмдүү көчкү фотодетектору

Биполярдык эки өлчөмдүүкөчкү фотодетектору

Биполярдык эки өлчөмдүү көчкү фотодетектору (APD фотодетектору) өтө төмөн ызы-чууну жана жогорку сезгичтикти аныктоого жетишет

Бир нече фотондорду же ал тургай бир фотондорду жогорку сезгичтик менен аныктоо алсыз жарыкты сүрөткө тартуу, алыстан зонддоо жана телеметрия, ошондой эле кванттык байланыш сыяктуу тармактарда маанилүү колдонуу келечегине ээ. Алардын арасында көчкү фотодетектору (APD) кичинекей өлчөмү, жогорку натыйжалуулугу жана оңой интеграциялоо мүнөздөмөлөрүнөн улам оптоэлектрондук түзүлүштөрдү изилдөө жаатында маанилүү багытка айланды. Сигнал-ызы-чуу катышы (SNR) жогорку күчөтүү жана төмөнкү караңгы токту талап кылган APD фотодетекторунун маанилүү көрсөткүчү болуп саналат. Эки өлчөмдүү (2D) материалдардын ван-дер-Ваальс гетероөткөргүчтөрү боюнча изилдөөлөр жогорку өндүрүмдүү APDлерди иштеп чыгууда кеңири мүмкүнчүлүктөрдү көрсөтүп турат. Кытайдан келген изилдөөчүлөр салттуу APD фотодетекторунун ички күчөтүү ызы-чуусу көйгөйүн чечүү үчүн эң жакшы дал келген жумуш функциясына ээ болгон Pt/WSe₂/Ni түзүлүшү бар биполярдык эки өлчөмдүү жарым өткөргүч материал WSe₂ди фотосезгич материал катары тандап алышкан жана кылдаттык менен даярдалган APD фотодетектору салттуу APD фотодетекторунун ички күчөтүү ызы-чуусу көйгөйүн чечүү үчүн.

Изилдөө тобу Pt/WSe₂/Ni түзүлүшүнө негизделген көчкү фотодетекторун сунуштады, ал бөлмө температурасында fW деңгээлинде өтө алсыз жарык сигналдарын жогорку сезгичтик менен аныктоого жетишти. Алар эң сонун электрдик касиеттерге ээ болгон эки өлчөмдүү жарым өткөргүч материал WSe₂ тандап алып, жаңы типтеги көчкү фотодетекторун ийгиликтүү иштеп чыгуу үчүн Pt жана Ni электрод материалдарын айкалыштырды. Pt, WSe₂ жана Ni ортосундагы жумуш функциясын так оптималдаштыруу менен, фотогенерацияланган ташуучулардын өтүшүнө тандап мүмкүндүк берип жатып, караңгы ташуучуларды натыйжалуу тосо алган транспорттук механизм иштелип чыкты. Бул механизм ташуучулардын соккусунун иондоштурулушунан келип чыккан ашыкча ызы-чууну бир топ азайтып, фотодетекторго өтө төмөн ызы-чуу деңгээлинде жогорку сезгичтиктеги оптикалык сигналды аныктоого мүмкүндүк берет.

Андан кийин, алсыз электр талаасынан улам пайда болгон көчкү эффектинин механизмин тактоо үчүн, изилдөөчүлөр алгач ар кандай металлдардын WSe₂ менен болгон ички жумуш функцияларынын шайкештигин баалашты. Ар кандай металл электроддору бар бир катар металл-жарым өткөргүч-металл (MSM) түзүлүштөрү жасалып, аларда тиешелүү сыноолор жүргүзүлдү. Мындан тышкары, көчкү башталганга чейин ташуучулардын чачырашын азайтуу менен, сокку иондоштуруунун кокустук деңгээлин азайтып, ошону менен ызы-чууну азайтууга болот. Ошондуктан, тиешелүү сыноолор жүргүзүлдү. Pt/WSe₂/Ni APDнин убакыт жооп мүнөздөмөлөрү боюнча артыкчылыгын андан ары көрсөтүү үчүн, изилдөөчүлөр түзмөктүн -3 дБ өткөрүү жөндөмдүүлүгүн ар кандай фотоэлектрдик күчөтүү маанилеринде андан ары баалашты.

Эксперименталдык жыйынтыктар көрсөткөндөй, Pt/WSe₂/Ni детектору бөлмө температурасында өтө төмөн ызы-чуунун эквиваленттүү кубаттуулугун (NEP) көрсөтөт, ал болгону 8,07 fW/√Hz түзөт. Бул детектор өтө алсыз оптикалык сигналдарды аныктай алаарын билдирет. Мындан тышкары, бул түзмөк 20 кГц модуляция жыштыгында 5×10⁵ жогорку күчөтүү менен туруктуу иштей алат, бул жогорку күчөтүү менен өткөрүү жөндөмдүүлүгүн тең салмактоо кыйын болгон салттуу фотоэлектрдик детекторлордун техникалык кыйынчылыктарын ийгиликтүү чечет. Бул функция ага жогорку күчөтүү жана төмөн ызы-чууну талап кылган колдонмолордо олуттуу артыкчылыктарды берет деп күтүлүүдө.

Бул изилдөө материалдык инженериянын жана интерфейсти оптималдаштыруунун иштин натыйжалуулугун жогорулатуудагы маанилүү ролун көрсөтөтфотодетекторлорЭлектроддордун жана эки өлчөмдүү материалдардын чеберчилик менен иштелип чыгышы аркылуу караңгы алып жүрүүчүлөрдүн коргоочу эффектине жетишилди, бул ызы-чуунун тоскоолдуктарын бир кыйла азайтып, аныктоонун натыйжалуулугун андан ары жакшыртат.

Бул детектордун иштеши фотоэлектрдик мүнөздөмөлөрдө гана чагылдырылбастан, кеңири колдонуу келечегине да ээ. Бөлмө температурасында караңгы токту натыйжалуу бөгөттөө жана фотогенерацияланган алып жүрүүчүлөрдү натыйжалуу сиңирүү менен, бул детектор айлана-чөйрөнү мониторингдөө, астрономиялык байкоо жүргүзүү жана оптикалык байланыш сыяктуу тармактарда алсыз жарык сигналдарын аныктоо үчүн өзгөчө ылайыктуу. Бул изилдөө жетишкендиги аз өлчөмдүү материалдык фотодетекторлорду иштеп чыгуу үчүн жаңы идеяларды гана бербестен, ошондой эле жогорку өндүрүмдүү жана аз кубаттуулуктагы оптоэлектрондук түзүлүштөрдү келечекте изилдөө жана иштеп чыгуу үчүн жаңы шилтемелерди сунуштайт.